p Durante séculos, os humanos sonham em aproveitar o poder do sol para energizar nossas vidas aqui na Terra. Mas queremos ir além da coleta de energia solar, e um dia gerar o nosso próprio a partir de um mini-sol. Se conseguirmos resolver um conjunto extremamente complexo de problemas científicos e de engenharia, a energia de fusão promete um verde, seguro, fonte ilimitada de energia. De apenas um quilo de deutério extraído da água por dia, poderia vir eletricidade suficiente para abastecer centenas de milhares de residências. p Desde a década de 1950, a pesquisa científica e de engenharia gerou um enorme progresso no sentido de forçar os átomos de hidrogênio a se fundirem em uma reação autossustentável - bem como uma pequena, mas demonstrável quantidade de energia de fusão. Céticos e proponentes observam os dois desafios restantes mais importantes:manter as reações por longos períodos de tempo e conceber uma estrutura material para aproveitar a energia de fusão para a eletricidade.

p Como pesquisadores de fusão no Laboratório de Física de Plasma de Princeton, sabemos disso de forma realista, a primeira usina de fusão comercial ainda está a pelo menos 25 anos de distância. Mas o potencial de seus benefícios extraordinários chegarem na segunda metade deste século significa que devemos continuar trabalhando. As principais demonstrações da viabilidade da fusão podem ser realizadas mais cedo - e devem, para que a energia de fusão possa ser incorporada ao planejamento de nosso futuro energético.

p Ao contrário de outras formas de geração elétrica, como solar, gás natural e fissão nuclear, a fusão não pode ser desenvolvida em miniatura e então ser simplesmente ampliada. As etapas experimentais são grandes e demoram para serem construídas. Mas o problema da abundância, a energia limpa será um grande apelo para a humanidade no próximo século e além. Seria temerário não explorar plenamente esta fonte de energia mais promissora.

p Por que energia de fusão?

p Na fusão, dois núcleos do átomo de hidrogênio (isótopos de deutério e trítio) se fundem. Isso é relativamente difícil de fazer:ambos os núcleos são carregados positivamente, e, portanto, se repelem. Somente se eles estiverem se movendo extremamente rápido quando colidem, eles se chocam, fundir e, assim, liberar a energia que procuramos.

p Isso acontece naturalmente ao sol. Aqui na Terra, usamos ímãs poderosos para conter um gás extremamente quente de núcleos e elétrons de deutério e trítio eletricamente carregados. Tão quente, o gás carregado é chamado de plasma.

p O plasma é tão quente - mais de 100 milhões de graus Celsius - que os núcleos carregados positivamente se movem rápido o suficiente para superar sua repulsão elétrica e se fundir. Quando os núcleos se fundem, eles formam duas partículas energéticas - uma partícula alfa (o núcleo do átomo de hélio) e um nêutron.

p Aquecer o plasma a uma temperatura tão alta consome uma grande quantidade de energia - que deve ser colocada no reator antes que a fusão possa começar. Mas assim que começar, a fusão tem o potencial de gerar energia suficiente para manter seu próprio calor, permitindo-nos retirar o excesso de calor para transformá-lo em eletricidade utilizável.

p O combustível para a energia de fusão é abundante na natureza. O deutério é abundante na água, e o próprio reator pode fazer trítio a partir do lítio. E está disponível para todas as nações, principalmente independente dos recursos naturais locais.

p A potência de fusão está limpa. Não emite gases de efeito estufa, e produz apenas hélio e um nêutron.

p É seguro. Não há possibilidade de uma reação descontrolada, como um "colapso" de fissão nuclear. Em vez, se houver algum mau funcionamento, o plasma esfria, e as reações de fusão cessam.

p Todos esses atributos motivaram pesquisas por décadas, e se tornaram ainda mais atraentes com o tempo. Mas os pontos positivos são acompanhados pelo desafio científico significativo da fusão.

p Progresso até à data

p O progresso na fusão pode ser medido de duas maneiras. O primeiro é o tremendo avanço na compreensão básica dos plasmas de alta temperatura. Os cientistas tiveram que desenvolver um novo campo da física - física do plasma - para conceber métodos para confinar o plasma em campos magnéticos fortes, e, em seguida, evoluir as habilidades para aquecer, estabilizar, controlar a turbulência e medir as propriedades do plasma superquente.

p A tecnologia relacionada também progrediu enormemente. Nós ultrapassamos as fronteiras em ímãs, e fontes de ondas eletromagnéticas e feixes de partículas para conter e aquecer o plasma. Também desenvolvemos técnicas para que os materiais possam suportar o intenso calor do plasma nos experimentos atuais.

p É fácil transmitir as medidas práticas que rastreiam a marcha da fusão até a comercialização. O principal deles é a energia de fusão que foi gerada em laboratório:a geração de energia de fusão escalou de miliwatts por microssegundos na década de 1970 para 10 megawatts de energia de fusão (no Princeton Plasma Physics Laboratory) e 16 megawatts por um segundo (no Joint European Torus in England) na década de 1990.

p Um novo capítulo na pesquisa

p Agora, a comunidade científica internacional está trabalhando em unidade para construir um enorme centro de pesquisa de fusão na França. Chamado ITER (latim para "o caminho"), esta planta irá gerar cerca de 500 megawatts de energia de fusão térmica por cerca de oito minutos de cada vez. Se esta energia fosse convertida em eletricidade, poderia alimentar cerca de 150, 000 casas. Como um experimento, isso nos permitirá testar as principais questões científicas e de engenharia na preparação para usinas de fusão que funcionarão continuamente.

p O ITER emprega o design conhecido como "tokamak, "originalmente um acrônimo russo. Envolve um plasma em forma de donut, confinado em um campo magnético muito forte, que é parcialmente criado pela corrente elétrica que flui no próprio plasma.

p Embora seja concebido como um projeto de pesquisa, e não pretende ser um produtor líquido de energia elétrica, O ITER produzirá 10 vezes mais energia de fusão do que os 50 megawatts necessários para aquecer o plasma. Este é um grande passo científico, criando o primeiro "plasma em chamas, "em que a maior parte da energia usada para aquecer o plasma vem da própria reação de fusão.

p O ITER é apoiado por governos que representam metade da população mundial:China, a União Europeia, Índia, Japão, Rússia, Coreia do Sul e EUA. É uma forte declaração internacional sobre a necessidade de, e promessa de, energia de fusão.

p O caminho a seguir

p Daqui, o caminho restante em direção à energia de fusão tem dois componentes. Primeiro, devemos continuar a pesquisa sobre o tokamak. Isso significa avançar na física e na engenharia para que possamos sustentar o plasma em um estado estacionário por meses a fio. Precisaremos desenvolver materiais que possam suportar uma quantidade de calor igual a um quinto do fluxo de calor na superfície do sol por longos períodos. E devemos desenvolver materiais que cobrirão o núcleo do reator para absorver os nêutrons e produzir trítio.

p O segundo componente no caminho para a fusão é desenvolver ideias que aumentem a atratividade da fusão. Quatro dessas ideias são:

1. Usando computadores, otimizar projetos de reatores de fusão dentro das restrições da física e da engenharia. Além do que os humanos podem calcular, esses designs otimizados produzem formatos de rosca retorcida que são altamente estáveis ​​e podem operar automaticamente por meses a fio. Eles são chamados de "estelares" no negócio de fusão.
2. Desenvolver novos ímãs supercondutores de alta temperatura que podem ser mais fortes e menores do que os melhores de hoje. Isso nos permitirá construir menores, e provavelmente mais barato, reatores de fusão.
3. Usando metal líquido, ao invés de um sólido, como o material que envolve o plasma. Metais líquidos não quebram, oferecendo uma possível solução para o imenso desafio de como um material circundante pode se comportar quando entra em contato com o plasma.
4. Sistemas de construção que contêm plasmas em forma de rosca sem orifício no centro, formando um plasma em forma quase de esfera. Algumas dessas abordagens também podem funcionar com um campo magnético mais fraco. Essas abordagens de "toros compactos" e "baixo campo" também oferecem a possibilidade de tamanho e custo reduzidos.

p Programas de pesquisa patrocinados pelo governo em todo o mundo estão trabalhando nos elementos de ambos os componentes - e resultarão em descobertas que beneficiam todas as abordagens da energia de fusão (bem como nossa compreensão dos plasmas no cosmos e na indústria). Nos últimos 10 a 15 anos, empresas com financiamento privado também se juntaram ao esforço, particularmente em busca de toros compactos e descobertas de baixo campo. O progresso está chegando e trará abundantes, limpar, energia segura com ele. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.